บทบาททางชีวภาพ องค์ประกอบทางเคมีในสิ่งมีชีวิต

1. มาโครและจุลธาตุในสิ่งแวดล้อมและร่างกายมนุษย์

บทบาททางชีวภาพขององค์ประกอบทางเคมีในร่างกายมนุษย์นั้นมีความหลากหลายอย่างมาก

หน้าที่หลักของธาตุอาหารหลักคือการสร้างเนื้อเยื่อ รักษาแรงดันออสโมติกให้คงที่ องค์ประกอบไอออนิกและกรด-เบส

ธาตุตามรอย ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์ ฮอร์โมน วิตามิน สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพในฐานะสารก่อเชิงซ้อนหรือตัวกระตุ้น มีส่วนเกี่ยวข้องกับเมแทบอลิซึม กระบวนการสืบพันธุ์ การหายใจของเนื้อเยื่อ และการทำให้สารพิษเป็นกลาง ธาตุติดตามมีอิทธิพลอย่างแข็งขันในกระบวนการสร้างเม็ดเลือด, ออกซิเดชัน - ฟื้นตัว, การซึมผ่านของหลอดเลือดและเนื้อเยื่อ มาโครและองค์ประกอบขนาดเล็ก - แคลเซียม ฟอสฟอรัส ฟลูออรีน ไอโอดีน อลูมิเนียม ซิลิกอน กำหนดการก่อตัวของกระดูกและเนื้อเยื่อฟัน

มีหลักฐานว่าเนื้อหาขององค์ประกอบบางอย่างในร่างกายมนุษย์เปลี่ยนแปลงไปตามอายุ ดังนั้นปริมาณแคดเมียมในไตและโมลิบดีนัมในตับจึงเพิ่มขึ้นตามวัย ปริมาณสังกะสีสูงสุดจะสังเกตได้ในช่วงวัยแรกรุ่นจากนั้นจะลดลงและในวัยชราจะเหลือน้อยที่สุด เนื้อหาของธาตุอื่นๆ เช่น วาเนเดียมและโครเมียม ก็ลดลงตามอายุเช่นกัน

มีการระบุโรคจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการขาดสารอาหารหรือการสะสมของธาตุต่างๆ มากเกินไป การขาดฟลูออรีนทำให้เกิดฟันผุ การขาดสารไอโอดีน - โรคคอพอกเฉพาะถิ่น โมลิบดีนัมส่วนเกิน - โรคเกาต์เฉพาะถิ่น รูปแบบดังกล่าวเชื่อมโยงกับความจริงที่ว่าความสมดุลของความเข้มข้นที่เหมาะสมขององค์ประกอบทางชีวภาพนั้นยังคงอยู่ในร่างกายมนุษย์ - สภาวะสมดุลทางเคมี การละเมิดความสมดุลนี้เนื่องจากการขาดธาตุหรือส่วนเกินสามารถนำไปสู่โรคต่างๆ

นอกจากมาโครองค์ประกอบหลัก 6 ชนิด ได้แก่ ออร์แกนิกส์ ได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ออกซิเจน กำมะถัน และฟอสฟอรัส ซึ่งประกอบเป็นคาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน และกรดนิวคลีอิก ธาตุมาโคร "อนินทรีย์" จำเป็นสำหรับโภชนาการของมนุษย์และสัตว์ตามปกติ - แคลเซียม คลอรีน , แมกนีเซียม, โพแทสเซียม, โซเดียม - และธาตุ - ทองแดง, ฟลูออรีน, ไอโอดีน, เหล็ก, โมลิบดีนัม, สังกะสีและยังอาจ (พิสูจน์แล้วสำหรับสัตว์), ซีลีเนียม, สารหนู, โครเมียม, นิกเกิล, ซิลิกอน, ดีบุก, วานาเดียม

การขาดธาตุเหล็ก ทองแดง ฟลูออรีน สังกะสี ไอโอดีน แคลเซียม ฟอสฟอรัส แมกนีเซียม และอื่นๆ ในอาหารนำไปสู่ ผลกระทบร้ายแรงเพื่อสุขภาพของมนุษย์

อย่างไรก็ตาม ต้องจำไว้ว่าไม่เพียงแต่การขาดสารอาหาร แต่องค์ประกอบทางชีวภาพที่มากเกินไปยังเป็นอันตรายต่อร่างกาย เนื่องจากสิ่งนี้จะขัดขวางสภาวะสมดุลทางเคมี ตัวอย่างเช่น ด้วยการบริโภคแมงกานีสส่วนเกินกับอาหาร ระดับของทองแดงในพลาสมาจะเพิ่มขึ้น (การทำงานร่วมกันของ Mn และ Cu) และในไตจะลดลง (การเป็นปรปักษ์กัน) การเพิ่มเนื้อหาของโมลิบดีนัมในอาหารทำให้ปริมาณทองแดงในตับเพิ่มขึ้น สังกะสีที่มากเกินไปในอาหารทำให้เกิดการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ที่มีธาตุเหล็ก (การเป็นปรปักษ์กันของสังกะสีและเฟ)

ส่วนประกอบแร่ซึ่งมีความสำคัญในปริมาณเล็กน้อยจะเป็นพิษที่ความเข้มข้นที่สูงขึ้น

องค์ประกอบจำนวนหนึ่ง (เงิน ปรอท ตะกั่ว แคดเมียม ฯลฯ) ถือว่าเป็นพิษ เนื่องจากการเข้าสู่ร่างกายในปริมาณที่มากจนทำให้เกิดปรากฏการณ์ทางพยาธิวิทยาที่รุนแรง กลไกทางเคมีผลกระทบที่เป็นพิษของธาตุบางชนิดจะกล่าวถึงด้านล่าง

องค์ประกอบทางชีวภาพถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน เกษตรกรรม. การเพิ่มองค์ประกอบขนาดเล็กจำนวนเล็กน้อย - โบรอน, ทองแดง, แมงกานีส, สังกะสี, โคบอลต์, โมลิบดีนัม - ลงในดินจะเพิ่มผลผลิตของพืชผลหลายชนิดอย่างมาก ปรากฎว่าองค์ประกอบขนาดเล็กโดยการเพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์ในพืชมีส่วนช่วยในการสังเคราะห์โปรตีนวิตามิน กรดนิวคลีอิก, น้ำตาลและแป้ง องค์ประกอบทางเคมีบางอย่างมีผลดีต่อการสังเคราะห์แสง เร่งการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช การสุกของเมล็ด มีการเพิ่มธาตุอาหารสัตว์เพื่อเพิ่มผลผลิต

องค์ประกอบและสารประกอบต่าง ๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นยา

ดังนั้นการศึกษาบทบาททางชีวภาพขององค์ประกอบทางเคมีการชี้แจงความสัมพันธ์ระหว่างการแลกเปลี่ยนองค์ประกอบเหล่านี้กับสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่น ๆ - เอนไซม์ ฮอร์โมน วิตามิน มีส่วนช่วยในการสร้างใหม่ ยาและการพัฒนา โหมดที่เหมาะสมที่สุดการให้ยาเพื่อวัตถุประสงค์ในการรักษาและป้องกันโรค

พื้นฐานสำหรับการศึกษาคุณสมบัติของธาตุและโดยเฉพาะอย่างยิ่งบทบาททางชีวภาพของธาตุคือ กฎหมายเป็นระยะดี. เมนเดเลเยฟ. ลักษณะทางเคมีกายภาพและด้วยเหตุนี้บทบาททางสรีรวิทยาและพยาธิวิทยาของพวกมันจึงถูกกำหนดโดยตำแหน่งขององค์ประกอบเหล่านี้ใน ระบบเป็นระยะดี. เมนเดเลเยฟ.

ตามกฎแล้วด้วยการเพิ่มขึ้นของนิวเคลียสของอะตอมความเป็นพิษขององค์ประกอบของกลุ่มนี้จะเพิ่มขึ้นและเนื้อหาในร่างกายลดลง เห็นได้ชัดว่าเนื้อหาลดลงเนื่องจากองค์ประกอบหลายอย่างในระยะเวลานานถูกสิ่งมีชีวิตดูดซับได้ไม่ดีเนื่องจากรัศมีอะตอมและไอออนิกขนาดใหญ่ ประจุนิวเคลียร์สูง ความซับซ้อนของการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ และความสามารถในการละลายของสารประกอบต่ำ ร่างกายมีองค์ประกอบแสงจำนวนมาก

องค์ประกอบมาโครรวมถึงองค์ประกอบ s ของช่วงแรก (ไฮโดรเจน) ช่วงที่สาม (โซเดียม แมกนีเซียม) และช่วงที่สี่ (โพแทสเซียม แคลเซียม) เช่นเดียวกับองค์ประกอบ p ของช่วงที่สอง (คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน) และช่วงที่สาม (ฟอสฟอรัส กำมะถัน คลอรีน) ระยะเวลา ล้วนมีความสำคัญ องค์ประกอบ s- และ p ที่เหลือส่วนใหญ่ในสามช่วงแรก (Li, B, Al, F) มีการเคลื่อนไหวทางสรีรวิทยา องค์ประกอบ s- และ p ของคาบขนาดใหญ่ (n> 4) ไม่ค่อยทำหน้าที่เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ ข้อยกเว้นคือองค์ประกอบ s - โพแทสเซียม แคลเซียม ไอโอดีน การใช้งานทางสรีรวิทยารวมถึงองค์ประกอบ s- และ p บางส่วนของช่วงที่สี่และห้า ได้แก่ สตรอนเทียม สารหนู ซีลีเนียม โบรมีน

ในบรรดาองค์ประกอบ d ส่วนใหญ่เป็นองค์ประกอบของยุคที่สี่ที่มีความสำคัญ: แมงกานีส เหล็ก สังกะสี ทองแดง โคบอลต์ เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้มีการกำหนดบทบาททางสรีรวิทยาขององค์ประกอบอื่น ๆ ในช่วงเวลานี้อย่างไม่ต้องสงสัย: ไททาเนียม โครเมียม วานาเดียม

d-Elements ในช่วงที่ห้าและหกยกเว้นโมลิบดีนัมไม่แสดงกิจกรรมทางสรีรวิทยาในเชิงบวกที่เด่นชัด โมลิบดีนัมยังเป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์รีดอกซ์จำนวนหนึ่ง (เช่น แซนทีนออกไซด์ อัลดีไฮด์ออกซิเดส) และมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางชีวเคมี

2. ลักษณะทั่วไปของความเป็นพิษของโลหะหนักต่อสิ่งมีชีวิต

การศึกษาปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการประเมินสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติอย่างครอบคลุมแสดงให้เห็นว่าเป็นการยากมากที่จะขีดเส้นแบ่งระหว่างธรรมชาติและ ปัจจัยมานุษยวิทยาการเปลี่ยนแปลงในระบบนิเวศ ทศวรรษที่ผ่านมาทำให้เราเชื่อมั่นในสิ่งนี้ ผลกระทบที่มนุษย์มีต่อธรรมชาติไม่เพียงก่อให้เกิดความเสียหายโดยตรงและระบุได้ง่ายเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดกระบวนการใหม่ๆ ที่ซ่อนอยู่จำนวนหนึ่งซึ่งเปลี่ยนแปลงหรือทำลายสิ่งแวดล้อมด้วย กระบวนการทางธรรมชาติและของมนุษย์ในชีวมณฑลมีความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนและการพึ่งพาอาศัยกัน ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่นำไปสู่การก่อตัวของสารพิษจึงได้รับอิทธิพลจากสภาพอากาศ สภาพของดินที่ปกคลุม น้ำ อากาศ ระดับของกัมมันตภาพรังสี ฯลฯ ภายใต้สภาวะปัจจุบัน เมื่อศึกษากระบวนการของมลภาวะทางเคมีของระบบนิเวศ ปัญหาเกิดขึ้นจากการพบธรรมชาติ สาเหตุหลักมาจากปัจจัยทางธรรมชาติ ระดับเนื้อหาขององค์ประกอบทางเคมีหรือสารประกอบบางอย่าง การแก้ปัญหานี้เป็นไปได้เฉพาะบนพื้นฐานของการสังเกตอย่างเป็นระบบในระยะยาวเกี่ยวกับสถานะของส่วนประกอบของชีวมณฑลเนื้อหาของ สารต่างๆนั่นคือบนพื้นฐานของการตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อม

มลพิษ สิ่งแวดล้อมโลหะหนักเกี่ยวข้องโดยตรงกับการเฝ้าติดตามทางนิเวศวิทยาและเชิงวิเคราะห์ของสารพิษยิ่งยวด เนื่องจากโลหะหนักหลายชนิดมีความเป็นพิษสูงอยู่แล้วในปริมาณเพียงเล็กน้อย และสามารถมุ่งความสนใจไปที่สิ่งมีชีวิตได้

แหล่งที่มาหลักของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมด้วยโลหะหนักสามารถแบ่งออกเป็นธรรมชาติ (ธรรมชาติ) และเทียม (มนุษย์) ธรรมชาติ ได้แก่ ภูเขาไฟระเบิด พายุฝุ่น ไฟป่าและที่ราบกว้างใหญ่ เกลือทะเลปลิวไปตามลม พืชพรรณ ฯลฯ แหล่งกำเนิดมลพิษทางธรรมชาติมีทั้งแบบเป็นระบบ สม่ำเสมอ หรือเกิดขึ้นเองในระยะสั้น และตามกฎแล้วจะมีผลเพียงเล็กน้อยต่อ ระดับทั่วไปมลพิษ. แหล่งมลพิษธรรมชาติหลักและอันตรายที่สุดด้วยโลหะหนักนั้นเกิดจากมนุษย์

ในกระบวนการศึกษาเคมีของโลหะและวัฏจักรทางชีวเคมีของพวกมันในชีวมณฑล บทบาทคู่ที่พวกเขาเล่นในด้านสรีรวิทยาถูกเปิดเผย: ในอีกด้านหนึ่ง โลหะส่วนใหญ่มีความจำเป็นสำหรับวิถีชีวิตปกติ ในทางกลับกัน ที่ความเข้มข้นสูง มีความเป็นพิษสูง กล่าวคือ มี อิทธิพลที่ไม่ดีเกี่ยวกับสภาพและกิจกรรมของสิ่งมีชีวิต ขอบเขตระหว่างความเข้มข้นที่จำเป็นและเป็นพิษของธาตุนั้นคลุมเครือมาก ซึ่งทำให้การประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมีความน่าเชื่อถือได้ยาก ปริมาณโลหะบางชนิดกลายเป็นอันตรายอย่างแท้จริง ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับระดับการปนเปื้อนของระบบนิเวศของพวกมันเท่านั้น แต่ยังขึ้นกับลักษณะทางเคมีของวัฏจักรชีวเคมีของพวกมันด้วย ในตาราง. 1 แสดงชุดของความเป็นพิษต่อฟันกรามของโลหะสำหรับ ประเภทต่างๆสิ่งมีชีวิต.

ตารางที่ 1. ลำดับตัวแทนของความเป็นพิษต่อฟันกรามของโลหะ

อนุกรมวิธานของสิ่งมีชีวิต สาหร่าย Hg>Cu>Cd>Fe>Cr>Zn>Co>MnFungiAg>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Pb>Co>Zn>Fe >Zn > Pb> CdFishAg>Hg>Cu> Pb> Cd>Al> Zn> Ni> Cr>Co>Mn>>SrMammalsAg, Hg, Cd> Cu, Pb, Sn, เป็น>> Mn, Zn, Ni, Fe , Cr >> Sr >Сs, Li, Al

สำหรับสิ่งมีชีวิตแต่ละประเภท ลำดับของโลหะในแถวของตารางจากซ้ายไปขวาสะท้อนให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของปริมาณโมลาร์ของโลหะที่จำเป็นสำหรับการแสดงผลกระทบที่เป็นพิษ ค่าโมลาร์ต่ำสุดหมายถึงโลหะที่มีความเป็นพิษสูงสุด

วี.วี. Kovalsky ตามความสำคัญต่อชีวิตแบ่งองค์ประกอบทางเคมีออกเป็นสามกลุ่ม:

องค์ประกอบสำคัญ (ไม่สามารถถูกแทนที่ได้) ที่มีอยู่ในร่างกายตลอดเวลา (เป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์ ฮอร์โมน และวิตามิน): H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu , Co, Fe, Mo, V. ความบกพร่องเหล่านี้นำไปสู่การหยุดชะงักของชีวิตปกติของมนุษย์และสัตว์

ตารางที่ 2. ลักษณะของเมทัลโลเอนไซม์บางชนิด - สารเชิงซ้อนอนินทรีย์ชีวภาพ

โลหะ-เอนไซม์ อะตอมกลาง ลิแกนด์ สิ่งแวดล้อม วัตถุของความเข้มข้น การกระทำของเอนไซม์ Carboanhydrase Zn (II) กรดอะมิโนตกค้าง เซลล์เม็ดเลือดแดง เร่งปฏิกิริยาการให้น้ำแบบย้อนกลับของคาร์บอนไดออกไซด์: CO 2+โฮ 2อ้น 2ดังนั้น 3N ++สนช 3Zn (II) carboxypeptidase กรดอะมิโนตกค้าง ตับอ่อน ตับ ลำไส้ กระตุ้นการย่อยโปรตีน มีส่วนร่วมในการไฮโดรไลซิสพันธะเปปไทด์: R 1CO-NH-R 2+โฮ 2O↔R 1-COOH+R 2NH 2Catalase Fe (III) กรดอะมิโนตกค้าง ฮิสติดีน ไทโรซีน เลือดเร่งปฏิกิริยาการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์: 2H 2อู๋ 2= 2N 2โอ + โอ 2Fe(III) peroxidaseProteinsเนื้อเยื่อ เลือด ออกซิเดชันของซับสเตรต (RH 2) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์: RH 2+ โฮ 2อู๋ 2=R+2H 2Oxireductase Cu (II) กรดอะมิโนตกค้าง หัวใจ ตับ ไต เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วยความช่วยเหลือของโมเลกุลออกซิเจน: 2H 2R+O 2= 2R + 2H 2O Pyruvate carboxylase Mn (II) โปรตีนเนื้อเยื่อ ตับ ต่อมไทรอยด์ ช่วยเพิ่มการออกฤทธิ์ของฮอร์โมน กระตุ้นกระบวนการคาร์บอกซิเลชันด้วยกรดไพรูวิก Aldehyde oxidase Mo (VI) โปรตีนเนื้อเยื่อ ตับ มีส่วนร่วมในการออกซิเดชันของอัลดีไฮด์ Ribonucleotide reductase Co (II) โปรตีนเนื้อเยื่อ ตับ มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์ทางชีวเคมีของกรดไรโบนิวคลีอิก

• สิ่งเจือปนที่มีอยู่ในร่างกายอย่างถาวร: Ga, Sb, Sr, Br, F, B, Be, Li, Si, An, Cs, Al, Ba, Ge, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se. บทบาททางชีววิทยาของพวกเขาไม่ค่อยเข้าใจหรือไม่รู้จัก
• ธาตุเจือปนที่พบในร่างกาย Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb เป็นต้น ข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณและบทบาททางชีวภาพไม่ชัดเจน
• ตารางแสดงคุณลักษณะของเมทัลโลเอนไซม์จำนวนหนึ่ง ซึ่งรวมถึงโลหะสำคัญเช่น Zn, Fe, Cu, Mn, Mo
• ขึ้นอยู่กับพฤติกรรมในระบบสิ่งมีชีวิต โลหะสามารถแบ่งออกเป็น 5 ประเภท:
• - องค์ประกอบที่จำเป็นโดยขาดความผิดปกติในการทำงานที่เกิดขึ้นในร่างกาย
• - สารกระตุ้น (โลหะที่จำเป็นและไม่จำเป็นสำหรับร่างกายสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้น)
• องค์ประกอบเฉื่อยที่ไม่เป็นอันตรายที่ความเข้มข้นที่แน่นอนและไม่มีผลกระทบต่อร่างกาย (เช่น โลหะเฉื่อยที่ใช้เป็นการปลูกถ่าย)
• ยารักษาโรคที่ใช้ในทางการแพทย์
• องค์ประกอบที่เป็นพิษที่ความเข้มข้นสูงทำให้เกิดความผิดปกติของการทำงานที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ร่างกายจะเสียชีวิต
• โลหะสามารถทำหน้าที่ตามประเภทที่ระบุได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและเวลาในการสัมผัส
• รูปที่ 1 แสดงไดอะแกรมของการพึ่งพาสถานะของสิ่งมีชีวิตต่อความเข้มข้นของไอออนโลหะ เส้นโค้งทึบในแผนภาพอธิบายการตอบสนองเชิงบวกทันที ระดับที่เหมาะสมที่สุด และการเปลี่ยนแปลงของผลบวกเป็นค่าลบหลังจากค่าความเข้มข้นขององค์ประกอบที่ต้องการผ่านค่าสูงสุด ที่ความเข้มข้นสูง โลหะที่ต้องการจะเป็นพิษ
• เส้นโค้งเส้นประแสดงการตอบสนองทางชีวภาพต่อโลหะที่เป็นพิษต่อร่างกายโดยไม่มีผลกระทบขององค์ประกอบที่จำเป็นหรือสิ่งกระตุ้น เส้นโค้งนี้มาพร้อมกับความล่าช้า ซึ่งบ่งบอกถึงความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการ "ไม่ตอบสนอง" ต่อสารพิษจำนวนเล็กน้อย (ความเข้มข้นตามเกณฑ์)
• จากแผนภาพแสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบที่จำเป็นกลายเป็นพิษในปริมาณที่มากเกินไป ร่างกายของสัตว์และมนุษย์รักษาความเข้มข้นขององค์ประกอบในช่วงที่เหมาะสมผ่านกระบวนการทางสรีรวิทยาที่ซับซ้อนที่เรียกว่าสภาวะสมดุล ความเข้มข้นของโลหะที่จำเป็นทั้งหมดนั้นอยู่ภายใต้การควบคุมอย่างเข้มงวดของสภาวะสมดุล

• รูปที่ 1 การตอบสนองทางชีวภาพขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของโลหะ ( การจัดการร่วมกันเส้นโค้งสองเส้นที่สัมพันธ์กับมาตราส่วนความเข้มข้นแบบมีเงื่อนไข)
• ความเป็นพิษของโลหะไอออนพิษ
• สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือเนื้อหาขององค์ประกอบทางเคมีในร่างกายมนุษย์ อวัยวะของมนุษย์ต่างให้ความสนใจกับองค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ในตัวเอง กล่าวคือ มาโครและองค์ประกอบขนาดเล็กมีการกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอระหว่างอวัยวะและเนื้อเยื่อต่างๆ องค์ประกอบการติดตามส่วนใหญ่ (เนื้อหาในร่างกายอยู่ภายใน 10 -3-10-5%) สะสมในตับ กระดูก และเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ ผ้าเหล่านี้เป็นคลังเก็บหลักสำหรับโลหะหลายชนิด
• องค์ประกอบอาจแสดงความสัมพันธ์เฉพาะเจาะจงสำหรับอวัยวะบางอย่างและรวมอยู่ในนั้นด้วยความเข้มข้นสูง เป็นที่ทราบกันดีว่าสังกะสีมีความเข้มข้นในตับอ่อน ไอโอดีนในต่อมไทรอยด์ วานาเดียม พร้อมด้วยอลูมิเนียมและสารหนู สะสมในเส้นผมและเล็บ แคดเมียม ปรอท โมลิบดีนัม - ในไต ดีบุกในเนื้อเยื่อลำไส้ สตรอนเทียม - ใน ต่อมลูกหมาก เนื้อเยื่อกระดูก แมงกานีสในต่อมใต้สมอง ฯลฯ ในร่างกาย ธาตุต่างๆ สามารถพบได้ใน รัฐที่ถูกผูกไว้และอยู่ในรูปแบบของไอออนิกอิสระ มีการพิสูจน์แล้วว่าอลูมิเนียม ทองแดง และไททาเนียมในเนื้อเยื่อสมองอยู่ในรูปของสารเชิงซ้อนที่มีโปรตีน ในขณะที่แมงกานีสอยู่ในรูปไอออนิก
• ในการตอบสนองต่อการบริโภคองค์ประกอบที่มีความเข้มข้นมากเกินไปในร่างกาย สิ่งมีชีวิตสามารถจำกัดหรือขจัดผลกระทบที่เป็นพิษที่เกิดขึ้นได้เนื่องจากมีกลไกการล้างพิษบางอย่าง กลไกเฉพาะของการล้างพิษที่เกี่ยวข้องกับไอออนของโลหะยังไม่เป็นที่เข้าใจในขณะนี้ โลหะจำนวนมากในร่างกายสามารถเปลี่ยนเป็นรูปแบบที่เป็นอันตรายน้อยกว่าได้ ด้วยวิธีดังต่อไปนี้:
• การก่อตัวของสารเชิงซ้อนที่ไม่ละลายน้ำใน ลำไส้;
• การขนส่งโลหะด้วยเลือดไปยังเนื้อเยื่ออื่นที่สามารถตรึงได้ (เช่น Pb + 2 ในกระดูก);

เซลล์ของสิ่งมีชีวิต องค์ประกอบทางเคมี แตกต่างอย่างมากจากสภาพแวดล้อมที่ไม่มีชีวิตโดยรอบและในโครงสร้าง สารประกอบทางเคมีและตามชุดและเนื้อหาขององค์ประกอบทางเคมี โดยรวมแล้วมีองค์ประกอบทางเคมีประมาณ 90 ชนิด (ที่ค้นพบจนถึงปัจจุบัน) ในสิ่งมีชีวิตซึ่งแบ่งออกเป็น 3 กลุ่มหลักขึ้นอยู่กับเนื้อหา: ธาตุอาหารหลัก , ธาตุ และ ultramicroelements .

ธาตุอาหารหลัก.

ธาตุอาหารหลัก มีอยู่ในปริมาณมากในสิ่งมีชีวิต ตั้งแต่ร้อยเปอร์เซ็นต์ถึงสิบเปอร์เซ็นต์ หากเนื้อหาของใด ๆ เคมีในร่างกายเกิน 0.005% ของน้ำหนักตัว สารดังกล่าวจัดเป็นธาตุอาหารหลัก เป็นส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อหลัก ได้แก่ เลือด กระดูก และกล้ามเนื้อ ซึ่งรวมถึงตัวอย่างเช่น องค์ประกอบทางเคมีต่อไปนี้: ไฮโดรเจน ออกซิเจน คาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส กำมะถัน โซเดียม แคลเซียม โพแทสเซียม คลอรีน ธาตุอาหารหลักทั้งหมดคิดเป็น 99% ของเซลล์ที่มีชีวิต โดยส่วนใหญ่ (98%) ตกอยู่บนไฮโดรเจน ออกซิเจน คาร์บอน และไนโตรเจน

ตารางด้านล่างแสดงธาตุอาหารหลักในร่างกาย:

ธาตุทั้งสี่ที่พบบ่อยที่สุดในสิ่งมีชีวิต (เหล่านี้คือไฮโดรเจน, ออกซิเจน, คาร์บอน, ไนโตรเจนดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้) มีลักษณะดังนี้ ทรัพย์สินส่วนกลาง. องค์ประกอบเหล่านี้ขาดอิเล็กตรอนอย่างน้อยหนึ่งตัวในวงโคจรชั้นนอกเพื่อสร้างพันธะอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียร ดังนั้น อะตอมของไฮโดรเจนจึงขาดอิเล็กตรอน 1 ตัวในวงโคจรชั้นนอกเพื่อสร้างพันธะอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียร อะตอมของออกซิเจน ไนโตรเจน และคาร์บอนจึงขาดอิเล็กตรอนสอง สาม และสี่ตามลำดับ ในเรื่องนี้องค์ประกอบทางเคมีเหล่านี้เกิดขึ้นได้ง่าย พันธะโควาเลนต์เนื่องจากการจับคู่ของอิเล็กตรอนและสามารถโต้ตอบกันได้ง่าย ๆ เติมภายนอกของพวกเขา เปลือกอิเล็กตรอน. นอกจากนี้ ออกซิเจน คาร์บอน และไนโตรเจนไม่เพียงแต่สร้างพันธะเดี่ยวเท่านั้น แต่ยังสร้างพันธะคู่ได้อีกด้วย เป็นผลให้จำนวนของสารประกอบทางเคมีที่สามารถเกิดขึ้นจากองค์ประกอบเหล่านี้เพิ่มขึ้นอย่างมาก

นอกจากนี้ คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนยังเป็นองค์ประกอบที่เบาที่สุดที่สามารถสร้างพันธะโควาเลนต์ได้ ดังนั้นพวกมันจึงเหมาะสมที่สุดสำหรับการก่อตัวของสารประกอบที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิต จำเป็นต้องสังเกตคุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งของอะตอมของคาร์บอนแยกจากกัน - ความสามารถในการสร้างพันธะโควาเลนต์กับอะตอมของคาร์บอนอีกสี่ตัวในคราวเดียว ด้วยความสามารถนี้ โครงสร้างนั่งร้านจึงถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลอินทรีย์ต่างๆ จำนวนมาก

ไมโครอิลิเมนต์

แม้ว่าเนื้อหา ธาตุ ไม่เกิน 0.005% ต่อราย องค์ประกอบส่วนบุคคลและโดยรวมแล้วพวกมันสร้างขึ้นเพียงประมาณ 1% ของมวลเซลล์ ธาตุที่จำเป็นสำหรับกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ในกรณีที่ไม่มีหรือเนื้อหาไม่เพียงพอ โรคต่างๆ อาจเกิดขึ้นได้ ธาตุต่าง ๆ จำนวนมากเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มเอ็นไซม์ที่ไม่ใช่โปรตีน และจำเป็นสำหรับการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา
ตัวอย่างเช่น เหล็กคือ ส่วนสำคัญ heme ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของไซโตโครมซึ่งเป็นส่วนประกอบของห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนและเฮโมโกลบินซึ่งเป็นโปรตีนที่ให้ออกซิเจนในการขนส่งจากปอดไปยังเนื้อเยื่อ การขาดธาตุเหล็กในร่างกายมนุษย์ทำให้เกิดโรคโลหิตจาง และการขาดสารไอโอดีนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของฮอร์โมนไทรอยด์ - ไทรอกซิน นำไปสู่การเกิดโรคที่เกี่ยวข้องกับความไม่เพียงพอของฮอร์โมนนี้ เช่น โรคคอพอกเฉพาะถิ่นหรือความคลั่งไคล้

ตัวอย่างขององค์ประกอบการติดตามถูกนำเสนอในตารางด้านล่าง:

อัลตร้าไมโครอิลิเมนต์

เข้ากลุ่ม ultramicroelements รวมถึงองค์ประกอบที่มีเนื้อหาในร่างกายมีขนาดเล็กมาก (น้อยกว่า 10 -12%) เหล่านี้รวมถึงโบรมีน ทอง ซีลีเนียม เงิน วาเนเดียม และองค์ประกอบอื่น ๆ อีกมากมาย ส่วนใหญ่มีความจำเป็นสำหรับการทำงานปกติของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่น การขาดซีลีเนียมสามารถนำไปสู่มะเร็ง และการขาดโบรอนเป็นสาเหตุของโรคบางชนิดในพืช องค์ประกอบหลายอย่างในกลุ่มนี้ รวมทั้งธาตุตามรอย เป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์

เซลล์

จากมุมมองของแนวคิดเรื่องระบบการดำรงชีวิตตาม A. Lehninger

เซลล์ที่มีชีวิตเป็นระบบไอโซเทอร์มอลของโมเลกุลอินทรีย์ที่สามารถควบคุมตนเองและสืบพันธุ์ได้เอง โดยดึงพลังงานและทรัพยากรออกจากสิ่งแวดล้อม

ไหลเข้าสู่เซลล์ จำนวนมากของปฏิกิริยาตามลำดับอัตราที่ควบคุมโดยเซลล์เอง

เซลล์จะรักษาตัวเองให้อยู่ในสถานะไดนามิกที่อยู่กับที่ซึ่งห่างไกลจากสภาวะสมดุลกับสิ่งแวดล้อม

เซลล์ทำงานบนหลักการของการใช้ส่วนประกอบและกระบวนการน้อยที่สุด

ที่. เซลล์เป็นระบบเปิดที่มีชีวิตระดับประถมศึกษาที่สามารถดำรงอยู่ การสืบพันธุ์และการพัฒนาอย่างอิสระ เป็นหน่วยโครงสร้างและหน้าที่พื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

องค์ประกอบทางเคมีของเซลล์

จาก 110 องค์ประกอบของระบบธาตุของ Mendeleev พบว่า 86 ตัวมีอยู่ในร่างกายมนุษย์อย่างถาวร 25 จำเป็นสำหรับชีวิตปกติและ 18 ของพวกเขามีความจำเป็นอย่างยิ่งและ 7 เป็นประโยชน์ ตามเปอร์เซ็นต์ในเซลล์ องค์ประกอบทางเคมีแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

ธาตุอาหารหลัก ธาตุหลัก (ออร์แกนิก) ได้แก่ ไฮโดรเจน คาร์บอน ออกซิเจน ไนโตรเจน ความเข้มข้น: 98 - 99.9% เป็นส่วนประกอบสากลของสารประกอบอินทรีย์ของเซลล์

ธาตุ - โซเดียม แมกนีเซียม ฟอสฟอรัส กำมะถัน คลอรีน โพแทสเซียม แคลเซียม เหล็ก ความเข้มข้นของมันคือ 0.1%

Ultramicroelements - โบรอน, ซิลิกอน, วานาเดียม, แมงกานีส, โคบอลต์, ทองแดง, สังกะสี, โมลิบดีนัม, ซีลีเนียม, ไอโอดีน, โบรมีน, ฟลูออรีน ส่งผลต่อการเผาผลาญ การขาดของพวกเขาเป็นสาเหตุของโรค (สังกะสี - โรคเบาหวาน, ไอโอดีน - โรคคอพอกเฉพาะถิ่น, ธาตุเหล็ก - โรคโลหิตจางที่เป็นอันตราย ฯลฯ )

ยาแผนปัจจุบันรู้ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับปฏิกิริยาเชิงลบของวิตามินและแร่ธาตุ:

สังกะสีช่วยลดการดูดซึมของทองแดงและแข่งขันกับการดูดซึมธาตุเหล็กและแคลเซียม (และการขาดธาตุสังกะสีทำให้อ่อนลง ระบบภูมิคุ้มกัน, สภาพทางพยาธิวิทยาหลายประการจากต่อมไร้ท่อ)

แคลเซียมและธาตุเหล็กลดการดูดซึมแมงกานีส

วิตามินอีไม่สามารถรวมกับธาตุเหล็กได้ดี และวิตามินซีไม่สามารถรวมเข้ากับวิตามินบีได้ดี

ปฏิสัมพันธ์เชิงบวก:

วิตามินอีและซีลีเนียม เช่นเดียวกับแคลเซียมและวิตามินเค ทำหน้าที่เสริมฤทธิ์กัน

วิตามินดีเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดูดซึมแคลเซียม

ทองแดงส่งเสริมการดูดซึมและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ธาตุเหล็กในร่างกาย

ส่วนประกอบอนินทรีย์ของเซลล์

น้ำ- ที่สำคัญที่สุด ส่วนประกอบเซลล์ ซึ่งเป็นสื่อกลางในการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิต เซลล์ที่ใช้งานของสิ่งมีชีวิตบนบกประกอบด้วยน้ำ 60 - 95% ในเซลล์พักผ่อนและเนื้อเยื่อ (เมล็ด สปอร์) น้ำ 10-20% น้ำในเซลล์มีอยู่สองรูปแบบ - ฟรีและเกี่ยวข้องกับคอลลอยด์ในเซลล์ น้ำเปล่าเป็นตัวทำละลายและตัวกลางในการกระจายของระบบคอลลอยด์ของโปรโตพลาสซึม ของเธอ 95% น้ำที่ถูกกักไว้ (4-5%) ของน้ำในเซลล์ทั้งหมดก่อให้เกิดพันธะไฮโดรเจนและไฮดรอกซิลที่เปราะบางกับโปรตีน

คุณสมบัติของน้ำ:

น้ำเป็นตัวทำละลายตามธรรมชาติสำหรับแร่ธาตุไอออนและสารอื่นๆ

น้ำเป็นระยะที่กระจายตัวของระบบคอลลอยด์ของโปรโตพลาสซึม

น้ำเป็นตัวกลางในปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมของเซลล์เพราะ กระบวนการทางสรีรวิทยาเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางน้ำโดยเฉพาะ ให้ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส, ความชุ่มชื้น, บวม

มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาของเอนไซม์หลายอย่างของเซลล์และเกิดขึ้นในกระบวนการเมแทบอลิซึม

น้ำเป็นแหล่งของไฮโดรเจนไอออนในระหว่างการสังเคราะห์แสงในพืช

คุณค่าทางชีวภาพของน้ำ:

ปฏิกิริยาทางชีวเคมีส่วนใหญ่เกิดขึ้นในสารละลายที่เป็นน้ำเท่านั้น สารจำนวนมากเข้าและออกจากเซลล์ในรูปแบบที่ละลาย ลักษณะนี้เป็นลักษณะการทำงานของการขนส่งทางน้ำ

น้ำให้ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส - การสลายโปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรตภายใต้การกระทำของน้ำ

เนื่องจากความร้อนระเหยสูงทำให้ร่างกายเย็นลง ตัวอย่างเช่น เหงื่อออกในมนุษย์ หรือการคายน้ำในพืช

ความจุความร้อนสูงและการนำความร้อนของน้ำมีส่วนช่วยในการกระจายความร้อนในเซลล์อย่างสม่ำเสมอ

เนื่องจากแรงยึดเกาะ (น้ำ-ดิน) และการเกาะติดกัน (น้ำ-น้ำ) น้ำจึงมีคุณสมบัติของเส้นเลือดฝอย

การบีบอัดไม่ได้ของน้ำเป็นตัวกำหนดสถานะความเครียดของผนังเซลล์ (turgor) โครงกระดูกที่หยุดนิ่งในพยาธิตัวกลม